先進(jìn)制造加工技術(shù)中的激光加工

1、研究生課程考核試卷科 目： 先進(jìn)制造技術(shù) 教 師： 周憶 姓 名： 吳磊 學(xué) 號(hào)： 20140702092 專 業(yè)： 機(jī)械工程領(lǐng)域 類 別： 學(xué)術(shù)型 上課時(shí)間： 2014-2015學(xué)年13-18周 考 生 成 績：卷面成績平時(shí)成績課程綜合成績閱卷評(píng)語： 閱卷教師 (簽名) 重慶大學(xué)研究生院先進(jìn)制造加工技術(shù)中的激光加工吳磊(重慶大學(xué)，重慶 400030)摘要：隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械制造業(yè)正經(jīng)歷著制造技術(shù)革新。作為先進(jìn)制造加工技術(shù)之一的激光加工已廣泛應(yīng)用于汽車、電子、電器、航空、冶金、機(jī)械制造等國民經(jīng)濟(jì)重要部門。論述了激光加工技術(shù)在先進(jìn)制造技術(shù)中的重要地位,闡明了其加工原理、加工特點(diǎn)和工藝裝備，

2、綜合介紹了激光成型制造技術(shù)、激光內(nèi)腔加工技術(shù)、激光雕刻技術(shù)、激光成型技術(shù)、激光切割技術(shù)、激光焊接技術(shù)、激光打孔技術(shù)和激光熱處理技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展現(xiàn)狀。關(guān)鍵詞：先進(jìn)制造技術(shù)，激光加工，激光成型,激光焊接Laser Machining in Advanced Manufacturing Machining TechnologyWu Lei (Chongqing University, Chongqing 400030)Abstract: With the development of science and technology, machinery manufacturing industry i

3、s experiencing the manufacturing technological innovation. Laser machining as one of advanced manufacturing machining technology has been widely used in automotive, electronics, electrical appliances, aerospace, metallurgy, machinery manufacturing and other important departments of national economy.

4、 Discussed the important position of laser machining technology in advanced manufacturing technology and illuminated its machining principle, machining characteristics and process equipments. Then synthetically introduced laser prototyping manufacturing technology, inside the laser cavity machining

5、technology, laser engraving, laser forming, laser cutting, laser welding, laser drilling and laser heat treatment technologies application and development status.Keywords: AMT (Advanced Manufacturing Technology), laser machining, laser forming，laser welding1激光加工技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，市場對(duì)產(chǎn)品的

6、性能、精度和生產(chǎn)效率的要求越來越高，并且更新?lián)Q代頻繁。傳統(tǒng)的制造手段已滿足不了當(dāng)前技術(shù)的發(fā)展和市場經(jīng)濟(jì)的要求，為了縮短生產(chǎn)周期，滿足市場上不斷變化的需求，機(jī)械制造業(yè)正經(jīng)歷著制造技術(shù)革新，先進(jìn)制造加工技術(shù)的發(fā)展與興起，使傳統(tǒng)的制造方式發(fā)生了根本的轉(zhuǎn)變。激光加工技術(shù)是利用激光束與物質(zhì)相互作用的特性對(duì)材料（包括金屬與非金屬）進(jìn)行切割、焊接、表面處理、打孔及微加工等的一門加工技術(shù)。作為先進(jìn)制造技術(shù)之一的激光加工已廣泛應(yīng)用于汽車、電子、電器、航空、冶金、機(jī)械制造等國民經(jīng)濟(jì)重要部門，對(duì)提高產(chǎn)品質(zhì)量、勞動(dòng)生產(chǎn)率、自動(dòng)化、無污染、減少材料消耗等起到愈來愈重要的作用。激光技術(shù)與原子能、半導(dǎo)體及計(jì)算機(jī)一起，是二十

7、世紀(jì)最負(fù)盛名的四項(xiàng)重大發(fā)明。21世紀(jì)將是光子技術(shù)進(jìn)一 步大發(fā)展的時(shí)代,激光高技術(shù)將成為世界各國竟?fàn)幍慕裹c(diǎn)之一,以激光高技術(shù)為核心的相關(guān)產(chǎn)業(yè)將成為知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代和信息時(shí)代的重要驅(qū)動(dòng)力量1。我國在20世紀(jì)90年代初，在武漢建立了國家級(jí)的激光加工工程研究中心 ,以期達(dá)到在全國起到示范和推廣的目的。北京、上海等地方和部委聯(lián)合建立激光加工工程研究中心,另外,很多地方政府以及眾多科研機(jī)構(gòu)和高校也建立了激光加工研究中心來進(jìn)行激光加工技術(shù)研究和推廣,已經(jīng)取得了比較滿意的效果。例如,天津冷軋薄板廠由于采用了激光毛化技術(shù),將面臨倒閉的企業(yè)起死回生 ,僅1995年生產(chǎn)了6億元的激光毛化鋼板,出口創(chuàng)匯數(shù)千萬美元；又如西

8、安內(nèi)燃機(jī)配件廠建立了12條缸套激光熱處理生產(chǎn)線，將缸套壽命提高了1-3倍，現(xiàn)已在全國范圍推廣2。2005年至2012年間，我國激光加工設(shè)備的增長較快，年均增速超過20%，遠(yuǎn)高于世界激光加工設(shè)備年均增長率。2008年后，在調(diào)結(jié)構(gòu)、拉動(dòng)內(nèi)需等措施的刺激下，我國激光在鐵路機(jī)車、工程機(jī)械、軍工、新能源等行業(yè)應(yīng)用獲得大幅增長。據(jù)中國激光加工設(shè)備制造行業(yè)產(chǎn)銷需求預(yù)測與轉(zhuǎn)型升級(jí)分析報(bào)告前瞻數(shù)據(jù)顯示近十年來，隨著工業(yè)激光應(yīng)用市場在不斷擴(kuò)大，激光加工領(lǐng)域也不斷開拓，由傳統(tǒng)的鐘表、電池、衣扣等輕工行業(yè)向機(jī)械制造業(yè)、汽車制造業(yè)、航空、動(dòng)力和能源以及醫(yī)學(xué)和牙科儀器設(shè)備制造業(yè)等應(yīng)用領(lǐng)域拓展，將有效拉動(dòng)激光加工設(shè)備的需求

9、。從全球激光產(chǎn)品的應(yīng)用領(lǐng)域來看，材料加工行業(yè)仍是其主要的應(yīng)用市場，占比為35.2%;通信行業(yè)排名第二，其所占比重為30.6%;另外，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)行業(yè)占據(jù)第三位，其所占比重為12.6%。2011年，全球激光工業(yè)加工設(shè)備銷售額獲得了強(qiáng)勁的兩位數(shù)增長。據(jù)工業(yè)激光解決方案(ILS)的數(shù)據(jù)顯示，2011年全球激光系統(tǒng)銷售收入70.60億美元，同比增長16%，其中，激光器銷售收入19.56億美元，同比增長18%。激光技術(shù)在我國經(jīng)30多年的發(fā)展，取得了上千項(xiàng)科技成果，許多已用于生產(chǎn)實(shí)踐，激光加工設(shè)備產(chǎn)量平均每年以20%的速度增長，為傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的技術(shù)改造、提高產(chǎn)品質(zhì)量解決了許多問題。激光加工技術(shù)的發(fā)展在促進(jìn)科學(xué)技術(shù)

10、的發(fā)展和進(jìn)步、推動(dòng)對(duì)傳統(tǒng)工業(yè)尤其是機(jī)械制造業(yè)的改造升級(jí)和加速國防技術(shù)的現(xiàn)代化等方面發(fā)揮了積極的作用。作為20世紀(jì)科學(xué)技術(shù)發(fā)展的主要標(biāo)志和現(xiàn)代信息社會(huì)光電子技術(shù)的支柱之一，激光技術(shù)和激光產(chǎn)業(yè)的發(fā)展受到世界先進(jìn)國家的高度重視。激光加工技術(shù)融入信息科學(xué)、電子科學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、材料科學(xué)、環(huán)境科學(xué)等新的知識(shí)和技術(shù)，隨著激光加工技術(shù)發(fā)展，會(huì)對(duì)這些學(xué)科提出新的課題，同時(shí)各學(xué)科的發(fā)展也會(huì)拓展激光加工的領(lǐng)域。激光加工是面向市場、面向用戶的，涵蓋從設(shè)計(jì)、制造、生產(chǎn)管理、產(chǎn)品維護(hù)以至到報(bào)廢的整個(gè)生產(chǎn)周期的集成制造技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)快速、靈活、高效、清潔的生產(chǎn)模式，它在21世紀(jì)可能引起機(jī)械加工的一場新的革命3。隨著電子、

11、信息等高新技術(shù)的不斷發(fā)展，隨著市場需求個(gè)性化與多樣化，未來先進(jìn)制造技術(shù)發(fā)展的總趨勢是向精密化、柔性化、網(wǎng)絡(luò)化、虛擬化、智能化、清潔化、集成化、全球化的方向發(fā)展。作為先進(jìn)制造技術(shù)的激光加工，其技術(shù)也將進(jìn)一步向智能化、集成化發(fā)展。未來激光加工技術(shù)研究發(fā)展的趨勢和開發(fā)的重點(diǎn)可歸納為：新一代工業(yè)激光器研究。它正處在技術(shù)上的更新時(shí)期，其標(biāo)志是二極管泵浦全固態(tài)激光器的發(fā)展及應(yīng)用；精細(xì)激光加工。在激光加工應(yīng)用統(tǒng)計(jì)中微細(xì)加工1996年只占6%，1997年翻了一倍達(dá)12%，1998年已增加到20%；加工系統(tǒng)智能化。系統(tǒng)集成不僅是加工本身，而是帶有實(shí)時(shí)檢測、反饋處理，隨著專家系統(tǒng)的建立，加工系統(tǒng)智能化已成為必然的

12、發(fā)展趨勢。2激光加工技術(shù)的工作原理及加工特點(diǎn)2.1激光加工技術(shù)的工作原理激光加工利用高功率密度的激光束照射工件,使材料熔化氣化而進(jìn)行穿孔、切割和焊接等特種加工。某些具有亞穩(wěn)態(tài)能級(jí)的物質(zhì)，在外來光子的激發(fā)下會(huì)吸收光能，使處于高能級(jí)原子的數(shù)目大于低能級(jí)原子的數(shù)目粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，若有一束光照射，光子的能量等于這兩個(gè)能相對(duì)應(yīng)的差，這時(shí)就會(huì)產(chǎn)生受激輻射，輸出大量的光能。激光加工由四部分組成，分別是激光器、電源、光學(xué)系統(tǒng)和機(jī)械系統(tǒng)。從激光器輸出的高強(qiáng)度激光經(jīng)過透鏡聚焦到工件上，其焦點(diǎn)處的功率密度高達(dá)10厘米，溫度高達(dá)1萬攝氏度以上，任何材料都會(huì)瞬時(shí)熔化、氣化。激光加工就是利用這種光能的熱效應(yīng)對(duì)材料進(jìn)行焊接、打

13、孔和切割等加工的。激光加工的基本熱過程可這樣來描述：在高功率聚焦激光束照射下，被加工材料表面與光束間發(fā)生許多不同的能量轉(zhuǎn)換包括吸收、反射、透射、氣化、再輻射及熱擴(kuò)散。材料吸收光束能量的效應(yīng)取決于材料的熱特性包括導(dǎo)熱率、熱擴(kuò)散率、熔點(diǎn)、氣化溫度、比熱和潛熱，也和材料的密度和幾何形狀（它們影響熱的擴(kuò)散和傳導(dǎo)）有關(guān)，對(duì)焊接和切割過程來說，重要的是材料的熔化和氣化潛熱4。2.2激光加工技術(shù)的加工特點(diǎn)現(xiàn)代激光切割和焊接技術(shù)是由激光、計(jì)算機(jī)、數(shù)控和精密機(jī)床等相結(jié)合的綜合高新技術(shù)，激光提供一種易控、少污染和強(qiáng)化的加工過程，特點(diǎn)是高速和高質(zhì)量4。激光加工技術(shù)與傳統(tǒng)加工技術(shù)相比具有很多優(yōu)點(diǎn)，所以得到如此廣泛的應(yīng)

14、用。尤其適合新產(chǎn)品的開發(fā)：一旦產(chǎn)品圖紙形成后，馬上可以進(jìn)行激光加工，可以在最短的時(shí)間內(nèi)得到新產(chǎn)品的實(shí)物。激光加工技術(shù)的主要特點(diǎn)有：（1）光點(diǎn)小，能量集中，熱影響區(qū)??；（2）不接觸加工工件，對(duì)工件無污染；（3）不受電磁干擾，與電子束加工相比應(yīng)用更方便；（4）激光束易于聚焦、導(dǎo)向，便于自動(dòng)化控制。（5）范圍廣泛：幾乎可對(duì)任何材料進(jìn)行雕刻切割。（6）安全可靠：采用非接觸式加工，不會(huì)對(duì)材料造成機(jī)械擠壓或機(jī)械應(yīng)力。（7）精確細(xì)致：加工精度可達(dá)到0.1mm（8）效果一致：保證同一批次的加工效果幾乎完全一致。（9）高速快捷：可立即根據(jù)電腦輸出的圖樣進(jìn)行高速雕刻和切割，且激光切割的速度與線切割的速度相比要快很

15、多。（10）成本低廉：不受加工數(shù)量的限制，對(duì)于小批量加工服務(wù)，激光加工更加便宜。（11）切割縫細(xì)小：激光切割的割縫一般在0.1-0.2mm。（12）切割面光滑：激光切割的切割面無毛刺。（13）熱變形?。杭す饧庸さ募す飧羁p細(xì)、速度快、能量集中，因此傳到被切割材料上的熱量小，引起材料的變形也非常小。（14）適合大件產(chǎn)品的加工：大件產(chǎn)品的模具制造費(fèi)用很高，激光加工不需任何模具制造，而且激光加工完全避免材料沖剪時(shí)形成的塌邊，可以大幅度地降低企業(yè)的生產(chǎn)成本提高產(chǎn)品的檔次。（15）節(jié)省材料：激光加工采用電腦編程，可以把不同形狀的產(chǎn)品進(jìn)行材料的套裁，最大限度地提高材料的利用率，大大降低了企業(yè)材料成本。（16

16、）激光加工工藝適應(yīng)性強(qiáng)，可處理常規(guī)方法難以焊接和切割的材料，包括各類薄壁及異種材料的焊接，形狀復(fù)雜或高硬度材料的切割，還可整板套裁切割零件，省工、省料。（17）激光焊接可在大氣中進(jìn)行，無須電子束焊那樣的真空室；激光切割也沒有等離子切割那樣的噪聲。3激光加工技術(shù)的工藝及其裝備早期的激光加工由于功率較小，大多用于打小孔和微型焊接。到20世紀(jì)70年代，隨著大功率二氧化碳激光器、高重復(fù)頻率釔鋁石榴石激光器的出現(xiàn)，以及對(duì)激光加工機(jī)理和工藝的深入研究，激光加工技術(shù)有了很大進(jìn)展，使用范圍隨之?dāng)U大。數(shù)千瓦的激光加工機(jī)已用于各種材料的高速切割、深熔焊接和材料熱處理等方面。各種專用的激光加工設(shè)備競相出現(xiàn)，并與光電

17、跟蹤、計(jì)算機(jī)數(shù)字控制、工業(yè)機(jī)器人等技術(shù)相結(jié)合，大大提高了激光加工機(jī)的自動(dòng)化水平和使用功能。通常用于加工的激光器主要是固體激光器和氣體激光器。 圖一.氣體激光器加工原理 圖二.固體激光器加工原理4激光加工在先進(jìn)制造技術(shù)中的應(yīng)用4.1激光成型制造技術(shù)快速成型技術(shù)是一種基于離散、堆積成型原理的新型數(shù)字化成型技術(shù)?？焖僭椭圃旒夹g(shù)簡稱RPM,RPM是電腦、激光、光學(xué)掃描、先進(jìn)的新型材料、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助加工、數(shù)控技術(shù)等綜合應(yīng)用的高新技術(shù)。它是制造成型技術(shù)的革新，在成型概念上以平面離散、堆積為指導(dǎo)，在控制上以計(jì)算機(jī)和數(shù)控為基礎(chǔ)，用數(shù)控激光機(jī)床按照平面模型的形狀掃描，使其通過激光束逐層掃描，以最

18、大柔性為總體目標(biāo)，最終直接加工出與UV9模型相一致的原型或零件，是實(shí)現(xiàn)并行工程和敏捷制造的有效手段。它摒棄了傳統(tǒng)的機(jī)械加工方法，對(duì)制造業(yè)的變革是一個(gè)重大的突破，利用RPM技術(shù)可以直接或間接地快速制造原型和零件，該技術(shù)已被汽車、航空、家電、船舶、醫(yī)療、模具等行業(yè)廣泛應(yīng)用。隨著高功率激光的引入，采用快速成型方法直接制造金屬零件正成為該領(lǐng)域新的研究熱點(diǎn)，引起了廣泛的關(guān)注。激光成型制造包括以下幾種工藝：激光立體光刻技術(shù)、疊層輪廓制造技術(shù)、激光粉末選區(qū)燒結(jié)成型技術(shù)、激光近形制造技術(shù)和形狀沉積制造技術(shù)。4.2激光內(nèi)腔加工技術(shù)5激光方向性好，能量在空間高度集中，使用脈沖技術(shù)可使激光能量在時(shí)間上也高度集中；激

19、光可以用透鏡進(jìn)行聚焦，將全部的激光能量集中在極小的范圍內(nèi)。激光在固體透明材料內(nèi)部對(duì)材料產(chǎn)生作用，若激光的功率密度大于介質(zhì)的破壞閾值，則在激光作用的很短時(shí)間間隔內(nèi)，強(qiáng)激光的輻射將導(dǎo)致介質(zhì)吸收大量的激光能量，產(chǎn)生使材料破壞的內(nèi)爆轟，形成空隙，起到體內(nèi)局部切割作用。由于切割過程相當(dāng)迅速，聚焦點(diǎn)周圍熱傳遞造成的熱損傷幾乎為零。使用該技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)：該方法是非接觸加工，克服了傳統(tǒng)機(jī)床因受切削力的作用而引起的變形；整個(gè)加工無噪聲和無化學(xué)污染；無需準(zhǔn)備專用工裝與設(shè)備。該技術(shù)的研究成功將提高整個(gè)機(jī)械制造工藝水平和產(chǎn)品質(zhì)量，開拓出制造技術(shù)的一個(gè)新領(lǐng)域。4.3激光雕刻技術(shù)激光雕刻技術(shù)激光雕刻技術(shù)是20世紀(jì)80年

20、代興起的一門嶄新的工業(yè)加工技術(shù)，其原理是在足夠功率密度的激光束照射下，使被加工材料表面達(dá)到熔化和氣化溫度，從而使材料氣化蒸發(fā)或熔融濺出。隨著計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、工業(yè)自動(dòng)化等學(xué)科在激光加工領(lǐng)域的交叉滲透，大大擴(kuò)展了激光雕刻的應(yīng)用范圍，并為推動(dòng)相關(guān)學(xué)科的發(fā)展提供了新的思路，成為激光雕刻領(lǐng)域的重要特色之一6。激光雕刻是激光加工技術(shù)在服裝行業(yè)中運(yùn)用最成熟、最廣泛的技術(shù)，能雕刻任何復(fù)雜圖形標(biāo)志，還可以進(jìn)行射穿的鏤空雕刻和表面雕刻，從而雕刻出深淺不一、質(zhì)感不同、具有層次感和過渡顏色效果的各種圖案。4.4激光成型技術(shù)激光成型是一種新的制造技術(shù)，是無模具成型新技術(shù)，如激光沖擊成型、激光彎曲成型等，用

21、它可以高效成型復(fù)雜形狀的零件，與傳統(tǒng)的制造過程相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）產(chǎn)品制造周期短，費(fèi)用比壓力模具低，制造復(fù)雜的模具費(fèi)用高且用時(shí)多，而使用激光成型技術(shù)不需要模具；（2）比傳統(tǒng)的火焰加熱更精確；（3）在處理大的復(fù)雜結(jié)構(gòu)（通常用在造船和航空業(yè)）方面比機(jī)械加工更靈活、高效。激光沖擊成型即利用激光束對(duì)鈑金毛料涂覆層進(jìn)行照射，涂覆層受熱后蒸發(fā)，產(chǎn)生沖擊波，從而使鈑料產(chǎn)生塑性變形。激光彎曲成型是將激光照射在工件所要彎曲成型的局部表面上，材料受熱后用冷卻介質(zhì)（如水和氣體）急劇冷卻，產(chǎn)生局部場，使材料產(chǎn)生彎曲變形。激光彎曲成型是一種無模成型工藝，具有生產(chǎn)效率高、成本低、彎曲時(shí)不需外力、無回彈效應(yīng)、精度高等優(yōu)

22、點(diǎn)，適用于用傳統(tǒng)工藝方法難以或不可能成型的硬質(zhì)、脆性材料，如鑄鐵等，尤其是大批量的鈑金零件的彎曲成型7。4.5激光切割技術(shù)激光切割是應(yīng)用激光聚焦后產(chǎn)生的高功率密度能量來實(shí)現(xiàn)的。激光切割機(jī)由激光發(fā)生器、數(shù)控切割機(jī)床、光束傳輸組件、微機(jī)編程軟件和硬件等組成。在計(jì)算機(jī)的控制下，通過脈沖使激光器放電，從而輸出受控的重復(fù)高頻率的脈沖激光，形成一定頻率，一定脈寬的光束，該脈沖激光束經(jīng)過光路傳導(dǎo)及反射并通過聚焦透鏡組聚焦在加工物體的表面上，形成一個(gè)個(gè)細(xì)微的、高能量密度光斑，焦斑位于待加工表面附近，以瞬間高溫熔化或氣化被加工材料。每一個(gè)高能量的激光脈沖瞬間就把物體表面濺射出一個(gè)細(xì)小的孔，在計(jì)算機(jī)控制下，激光加

23、工頭與被加工材料按預(yù)先繪好的圖形進(jìn)行連續(xù)相對(duì)運(yùn)動(dòng)打點(diǎn)，這樣就會(huì)把物體加工成想要的形狀。切割時(shí),一股與光束同軸氣流由切割頭噴出，將熔化或氣化的材料由切口的底部吹出。與其它常規(guī)的加工方法（電加工，模沖，水切割，氧乙炔）相比，激光切割工件無機(jī)械變形，與自動(dòng)化裝備相結(jié)合，容易實(shí)現(xiàn)切割自動(dòng)化；無刀具磨損；光切割其具有高的切割質(zhì)量(切口寬度窄、熱影響區(qū)小、切口光潔)；高的切割速度和高的柔性(可隨意切割任意形狀)；廣泛的材料適應(yīng)性等優(yōu)點(diǎn)。4.6激光焊接技術(shù)激光焊接是激光材料加工技術(shù)應(yīng)用的重要方面之一，焊接過程屬熱傳導(dǎo)型，該技術(shù)是把激光聚焦成很細(xì)的高能量密度光束照射到工件上，通過激光與金屬的相互作用，使工件受

24、熱熔化，然后冷卻得到焊縫。其優(yōu)點(diǎn)在于激光焊縫熔深大，速度快，效率高激光焊縫窄，熱影響區(qū)很小，工件變形也很小可實(shí)現(xiàn)精密焊接；焊接難以接近的部位實(shí)施遠(yuǎn)距離焊接，具有很大的靈活性；在機(jī)械性能、抗蝕性能和電磁性能上優(yōu)于常規(guī)焊接方法。激光焊接技術(shù)具有熔池凈化效應(yīng)能純凈焊縫金屬，適用于系統(tǒng)和不同金屬材料間的焊接。但是激光焊接存在著局限性，如要求焊件裝配精度高且要求光束在工件上的位置不能有顯著的偏移激光器極其相關(guān)系統(tǒng)的成本高，一次性投資較大。激光焊接在電子工業(yè)特別是微電子工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。4.7激光打孔技術(shù)激光打孔是最早達(dá)到實(shí)用化的激光加工技術(shù),也是激光加工的主要應(yīng)用領(lǐng)域之一。隨著近代工業(yè)和科學(xué)技術(shù)的

25、迅速發(fā)展,使用硬度大、熔點(diǎn)高的材料越來越多,而傳統(tǒng)的加工方法已不能滿足某些工藝要求。這一類的加工任務(wù)用常規(guī)機(jī)械加工方法很困難，有時(shí)甚至是不可能的，而用激光打孔則不難實(shí)現(xiàn)。激光束在空間和時(shí)間上高度集中，利用透鏡聚焦，可以將光斑直徑縮小到微米級(jí)從而獲得105-1015W/cm2的激光功率密度。如此高的功率密度幾乎可以在任何材料實(shí)行激光打孔。與其它方法如機(jī)械鉆孔、電火花加工等常規(guī)打孔方法相比,激光打孔具有以下顯著的優(yōu)點(diǎn):1）激光打孔速度快,效率高,經(jīng)濟(jì)效益好；2）激光打孔可獲得大的深徑比；3）激光打孔可在硬、脆、軟等各類材料上進(jìn)行；4）激光打孔對(duì)工件裝夾要求簡單，易實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線上的聯(lián)機(jī)和自動(dòng)化；5）激

26、光打孔易對(duì)復(fù)雜形狀零件打孔，也可在真空中打孔。激光打孔已廣泛用于鐘表和儀表的寶石軸承、金剛石拉絲模、化纖噴絲頭等工件的加工。4.8激光熱處理技術(shù)激光熱處理是一種表面熱處理技術(shù)，即利用激光加熱金屬材料表面實(shí)現(xiàn)表面熱處理。激光加熱具有極高的功率密度，即激光的照射區(qū)域的單位面積上集中極高的功率。由于功率密度極高，工件傳導(dǎo)散熱無法及時(shí)將熱量傳走，結(jié)果使得工件被激光照射區(qū)迅速升溫到奧氏體化溫度實(shí)現(xiàn)快速加熱。當(dāng)激光加熱結(jié)束，因?yàn)榭焖偌訜釙r(shí)工件基體大體積中仍保持較低的溫度，被加熱區(qū)域可以通過工件本身的熱傳導(dǎo)迅速冷卻，從而實(shí)現(xiàn)淬火等熱處理效果。激光熱處理技術(shù)具有以下特點(diǎn)：（1）無需使用外加材料,僅改變被處理材料表面的組織結(jié)構(gòu).處理后的改性層具有足夠的厚度,可根據(jù)需要調(diào)整深淺一般可達(dá)0.1-0.8mm； （2）處理層和基體結(jié)合強(qiáng)度高.激光表面處理的改性層和基體材料之間是致密的冶金結(jié)合,而且處理層表面是致密的冶金組織,具有較高的硬度和耐磨性； （3）被處理件變形極小，由于激光功率密度高，與零件的作用時(shí)間很短（10-2-10秒），故零件的熱變形區(qū)和整體變化都很小，適合于高精度零件處理，作為材料和零件的最后處理工序； （4）加工柔